Client /serveur. Client/serveur. C/S : bibliographie. C/S : introduction. C/S : modèle général. C/S : les architectures

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1 C/S : bibliographie Client /serveur «Jeux 3D multi-joueurs sur PC» V. Gal/A. Topol Technologies et architectures internet P.Y. Cloux, D. Doussot, A. Géron Editions Dunod 2ème édition 2002 Cours d'introduction : modèles d'interactions pour le client serveur G. Florin CNAM Cours : : sockets RPC S. Krakowiak Université J. Fourier Remote Procedure Call F. Crevola article paru dans GNU/Linux & Hurd Magazine France septembre 2000 RPC : Remote Procedure Call Protocl specification version 2 Divers articles sur le net TP CDI / TP CDI / Client/serveur C/S : introduction Bibliographie Introduction Modèle général des architectures client-serveur Les architectures C/S Mise en œuvre Programmation C/S (sockets RPC) Autre exemple de RPC (Sun RPC) Conclusion Interface utilisateur (UI) souvent graphique (GUI) Applications Manipulation des données Différentes architectures liées à ses composants TP CDI / TP CDI / C/S : modèle général Représentation serveur non aussi monolithique HTML Applets UI Espace client ASP DLL Javabeans Scripts CGI Applications Middleware(s) Transactions CICS ActiveX Espace serveur SGBDR SGBDO Fichiers Données TP CDI / Le modèle à messages Le modèle à événements Le modèle de base de données (ODBC) Le modèle en RPC Le modèle à base de code mobile Le modèle à mémoire virtuelle partagée répartie TP CDI /

2 Le modèle à messages (1) Mode de communication basique par messages asynchrones Asynchrone : émission non bloquante, réception bloquante Communication par messages typés Communication sur les processus destinataires ou sur boites à lettres (portes) de communication Exemples Interfaces des piles réseaux : couche transport (sockets, TLI, NetBEUI) Interfaces de systèmes répartis (Chorus, Mach) Les MOM : mode messages asynchrones + mode asynchrone avec persistance (files de messages) TP CDI / Le modèle à messages (2) MOM (communication à files de messages) Deux modes de fonctionnement : Mode message (habituel) Mode file de message (caractéristique) Spécificité des messages Identification unique Structure : Entête, attributs, données Paramètres d'acheminement : durée de vie, priorité, sécurité, confidentialité et contrôle d'accès Apports des files de messages Style synchrone : bloquant, terminant et avec acquittement. Inconv. : si serveur ne répond pas => arrêt total du client Style asynchrone : non bloquant, acquittement et terminaison par protocole. Inconv. : assez vite bloquant car possibilité de saturation du site distant ne pouvant tenir le rythme des services demandés (mauvais serveur) => utilisation des files de messages TP CDI / Le modèle à messages (3) MOM (communication à files de messages) suite Files de messages : structures de données de stockage de messages asynchrones Identification unique Propriété de persistance (style transactionnel) Partagées par les applications Mode de réception variable selon le destinataire Exemples : IBM MQSeries, Microsoft Message Queue Server, Les 4 types de messages dans IBM MQSeries : Datagram, Request, Reply, Report. Les 11 primitives : MQCONN, MQOPEN, MQGET, MQPUT, MQPUT1, MQCLOSE, MQDISC, MQINQ, MQSET, MQCMIT, MQBACK. Avantages : interactions améliorées, meilleures interopérabilité et portabilité par l'isolement de l'application par rapport aux logiciels sous-jacents, infrastructures client serveur à MOM assez simples par rapport à aux autres styles de middleware Inconvénients : sémantique limitée TP CDI / Le modèle à événements (1) Fondé sur : Notions d'événements et de réactions Attachement Communication anonyme Pourquoi? Définir une approche "asynchrone" de communication À base de programmation événementielle Dans des environnements disposant par exemple de services d'événements (CORBA) de composants (CORBA, JMS Java Messaging Message) dans les environnements objets répartis Schéma général Des sources produisent des événements : publish Des consommateurs s'abonnent à des événements : subscribe TP CDI / Le modèle à événements (2) Sémantique de consultation des boites à lettres : Mode "Pull" : le consommateur consulte sa boite pour traiter les événements en attente => contrôle moment de traitement des événements Mode "Push" : le consommateur attache une méthode à chaque type d'événement => occurrence d'un événement déclenche automatiquement le traitement associé Architecture du service d'événement centralisé Le service centralisé de gestion des événements dialogue en point à point avec les clients producteurs ou consommateurs Architecture du service d'événement réparti Mode "Snowflake" : les courtiers coopèrent pour offrir un service réparti de gestion des événements Architecture du service d'événement à bus de messages Les courtiers coopèrent au moyen d'un protocole à diffusion des événements TP CDI / Le modèle à événements (3) Exemple d'environnement à événements : JMS API Java offrant un accès unique aux différents protocoles de files de messages (MOM MQSeries, ) : gestion événementielle, mode "publish"/"subscribe" TP CDI /

3 Architecture Le modèle à événements (4) Le modèle de données (1) Fonctions du client Traitements applicatifs non lié au stockage des données : Dialogue avec l'utilisateur Traitements divers Fonctions du serveur Stockage de données Interprétation des requêtes Optimisation des requêtes Gestion de la persistance Gestion de la sécurité des données TP CDI / TP CDI / Le modèle de données (2) Le modèle en RPC traditionnel (1) "Remote Procedure Call" Permet de présenter les interactions distantes sous une forme (syntaxe) et un effet (sémantique) analogue à celui d'un appel de procédure local Opération appelée (le serveur) = procédure située sur un site distant Programme appelant (le client) = demande l'exécution Interaction synchrone comme appel de procédure habituel Offre un changement important / à la structuration au mode message (ne permet qu'un déclenchement asynchrone d'action à distance définie par une séquence de code) TP CDI / TP CDI / Le modèle en RPC traditionnel (2) Birrell et Nelson 1984 Le modèle en RPC traditionnel (3) Souche ou talon (stub) Deux procédures intermédiaires (chez le client et le serveur) pour l'adaptation de l'invocation à l'environnement réparti transformant un appel local en appel distant TP CDI / Souche appelant Reçoit l'appel en mode local Emballe les paramètres d'appel dans un message de requête (marshalling) Emet le message de requête Se met en attente du message de réponse Déballe les paramètres réponse Retourne les paramètres réponse comme un retour local Souche appelé (skeleton) Reçoit le message d'appel Déballe les paramètres d'appel (unmarshalling) Fait réaliser l'exécution par la procédure appelé Récupère par le retour local les résultats Emballe les paramètres réponse dans le message de réponse Emet le message réponse vers la souche appelant TP CDI /

4 Le modèle en RPC traditionnel (4) Invocations locale et distante Difficulté pour obtenir une transparence de la répartition Syntaxe plus lourde en appel distant (description de la signature, usages d'interfaces systèmes, modes de désignation) Sémantique de l'appel distant différente (performances, transmission des arguments, modes de panne) Nombreuses difficultés de mise en oeuvre Performances Gestion des pannes Ouverture (interopérabilité) Désignation et liaison Sécurité Le modèle à objets répartis (1) Approche objet Objet : unité de programmation très utilisée Objet : associe les traitements et les données Répartition : intégration de l'univers objet et de l'univers réparti Placement des objets sur différents sites Interface du système d'objet réparti = ensemble de primitives ou langage objet concurrent et réparti Réalisation d'une invocation Référence d'objet Identification de la méthode Paramètres d'appel et de retour et signaux d'exception TP CDI / TP CDI / Mise en oeuvre Le modèle à objets répartis (2) Le modèle à objets répartis (3) Système d'objets répartis homogènes : langages Représentation unique des objets propre à un langage : java (instanciation de classes) Mode d'interaction optimisé (simplifié) : java RMI (Remote Method Invocation) Système d'objets répartis hétérogènes Variété importante de formes d'objets supportée Mode d'interaction unique OMG (Object Management Group) / CORBA (Common Object Requests Broker Architecture) Microsoft OLE (Object Link Embedding) / DCOM (Distributed Component Object Model) TP CDI / TP CDI / Le modèle à objets répartis (4) Un modèle de référence pour une architecture dédiée aux objets répartis, un environnement coopératif de composants client/serveur CORBA, un exemple Architecture CORBA 2.0 Le modèle à composants (1) Pour une simplification du processus : De création D'utilisation des documents composites => environnement d'interaction unique en approche client/serveur, formats de données pivot, procédure de conversion Exemple de document composite : TP CDI / TP CDI /

5 Le modèle à composants (2) Composants / objets répartis Une unité de code de taille significative Une unité de réutilisation et d'intégration Une unité d'administration en réparti Pour associer des propriétés non fonctionnelles à un code Avantages Construction de logiciels par assemblage Réutilisation de logiciels existants testés Amélioration de la modularité et des interfaces Cycle de développement raccourci Extensibilité en exécution (run-time) des applications Maintenance améliorée Amélioration des moyens de communication Plus portables Modèles de développement logiciels plus abstraits (scripts langages ADL) TP CDI / Le modèle à code mobile (1) Buts : Assurer les interactions distantes en déplaçant le code à exécuter Rapprocher les traitements des données pour réduire le volume des échanges Exemples évoqués : Collecte d'informations disséminées dans un réseau (recherche et filtrage) Surveillance de données Administration de réseaux Applications orientées flots de données (workflow) Négociation (agenda électronique, commerce électronique, ) Jeux en réseaux TP CDI / Problèmes : Le modèle à code mobile (2) Interopérabilité des codes exécutables Sécurité (avec méfiance mutuelle) Structuration des applications Partage des ressources (quelle cohérence?) Migration faible ou forte (que déplace-t-on et comment?) Modèles d'exécution pour la mobilité Code à la demande mobilité faible Agents mobiles mobilité forte Le modèle à code mobile (3) Etude de la mobilité forte : Notions utilisées Objets (unités de codes exécutables [C/S, objets passifs] Sites (environnement d'exécution) Activités (flots de contrôle des appels s'étendant sur plusieurs objets ou sites) Domaines (ensembles de droits sur des ressources d'une machine) Base de la classification Activités dans même domaine Activités dans domaines différents du même site Activités dans domaines différents de sites différents TP CDI / TP CDI / Le modèle à code mobile (4) Etude de la mobilité forte (suite) : Type de partage Partage dans le même domaine (notion de grappe, cluster d'objets) Partage entre domaines différents (opération de changement de domaine, mécanisme de couplage entre domaines et objets) Partage en exclusion mutuelle (une seule activité autorisée à utiliser un objet à un instant donné [cohérence de sérialisation]) Partage avec réplication (nécessité de mettre en œuvre une stratégie de cohérence par l'application entre les différentes copies) Exemple d'environnement à code mobile : les AGLETS Modèle proposé par IBM Japon étendant le modèle des applets Java Une aglet permet la transmission de code java comme une applet L'API Aglet permet le transport de l'état (seulement une partie) La gestion de la sécurité est renforcée (gestionnaire de sécurité spécifique) TP CDI / Le modèle à mémoire partagée répartie (1) Réalisation des interactions distantes en mémoire commune répartie comme espace de communication Buts : Offrit aux développeurs les conditions de travail de l'univers centralisé Problèmes Performance des implantations Support des diverses cohérences (fortes, faibles) Support des outils de développement existants (langages, compilateurs, ) TP CDI /

6 Le modèle à mémoire partagée répartie (2) Principes de réalisation : une simulation d'un espace mémoire unique dans un ensemble d'espaces mémoires réels distribués Espace d'objets répartis partagés Interface d'accès commune (nommage, invocation des méthodes, ) Mode de réalisation par projection de l'espace virtuel partagé dans l'espace mémoire réel des différents sites TP CDI / Le modèle à mémoire partagée répartie (3) Exemple : javaspaces Un javaspace = un espace de tuple ou entrées Une entrée = un ensemble de références à des objets java Les opérations de base : - Ecriture - Lecture - Retrait - Notification - Transaction Les techniques d'utilisation : - pas de modifications des données - coopération - sérialisabilité - partage des objets réels - duplication des objets réels TP CDI / Quel modèle? Quel outil? Grande variabilité de l'offre aussi bien sur le plan des modèles que celui des plates-formes Mode de synchronisation : synchrone ou asynchrone Approche langage ou système Développement d'un nouveau code pour le réparti ou intégration des solutions centralisées existantes Granularité des codes communicants Grain moyen : objets répartis Gros grain : composants Problème : réaliser un service réparti en utilisant l'interface de transport (TCP, UDP) Solutions Les sockets L'appel de procédure à distance (RPC) L'appel de méthode à distance Le middleware intégré TP CDI / TP CDI / Rappel du schéma client-serveur Appel synchrone requête-réponse Rappel du principe de fonctionnement des sockets Socket = mécanisme de communication permettant d'utiliser l'interface de transport (TCP/UDP) 3 phases : Création socket serveur et mise en attente Connexion du client à la socket serveur (création de 2 sockets : 1 socket client et 1 socket service client côté serveur) Mise en œuvre Bas niveau : utilisation directe du transport (sockets) Haut niveau : intégration dans un langage de programmation (RPC) TP CDI / Communication établie TP CDI /

7 Client serveur avec sockets : deux réalisations possibles Mode connecté (protocole TCP) Ouverture d'une liaison, suite d'échanges, fermeture de liaison État du serveur préservé entre deux requêtes Garanties de TCP : ordre, contrôle de flux, fiabilité Adapté aux échanges d'une certaine durée (plusieurs messages) Mode non connecté (protocole UDP) Requêtes successives indépendantes Pas de préservation de l'état entre les requêtes Client doit indiquer son adresse à chaque requête Pas de garanties particulières Adapté aux échanges brefs (réponse en 1 message) Points communs Client à l'initiative de la communication serveur à l'écoute Client doit connaître le serveur (adresse IP, n port) Serveur pouvant servir plusieurs clients TP CDI / Client serveur avec sockets : utilisation du mode connecté Caractéristiques Etablissement préalable de la connexion Fiabilité assurée par TCP Mode d'échange par flot d'octets Possibilité d'émettre et de recevoir des caractères urgents Après initialisation, serveur passif Plusieurs clients possibles (file d'attente) Contraintes Client devant connaître l'adresse du serveur Modes de gestion des requêtes Itératif Concurrent par création de processus fils pour les échanges de chaque requête TP CDI / Client serveur avec sockets : serveur itératif en mode connecté Ouverture de connexion avec serveur pour adresser des appels puis fermeture de connexion à la fin des opérations Délimitation temporelle des échanges Maintien de l'état de connexion pour gestion des paramètres de qualité de service Orienté vers Traitement ordonné d'une suite d'appels Gestion de données persistantes ou de protocoles avec état Client serveur avec sockets : programmation Principes Opérations de gestion de sockets fournies comme primitives dans Unix Utilisation directe de ces opérations mais des langages usuels permettent de les utiliser plus facilement en couvrant les cas courants aussi bien côté client que côté serveur (bibliothèques spécialisées en C, classes en Java) Exemple de programmation (voir plus loin) Client serveur avec sockets : programmation sockets (mode connecté) en Java Deux classes de base ServeurSocket : socket côté serveur Socket : sockets ordinaires pour les échanges qui fournissent des classes InputStream et OutputStream pour échanger de l'information Voir TP CDI / TP CDI / Client serveur avec sockets TCP en Java (version light) Client serveur avec sockets TCP en Java (version light) compléments TP CDI / TP CDI /

8 Client serveur avec sockets TCP en Java (version light) Remarques Dans le schéma précédent, un seul processus serveur Si clients multiples : traitement en séquence (file d'attente) Utilisation d'un schéma veilleur-exécutants Thread veilleur : création explicite d'un nouveau thread exécutant à chaque nouvelle connexion d'un client Socket service client différente créée pour chaque client Thread veilleur se remet ensuite en attente Voir aussi serveur multi thread TP CDI / Client serveur avec sockets : utilisation du mode non connecté (UDP) Caractéristiques Pas d'établissement préalable d'une connexion Pas de garantie de fiabilité Adaptée aux applications avec requêtes courtes Récepteur reçoit les données en fonction du découpage réalisé par l'émetteur Contraintes Client devant connaître l'adresse du serveur Serveur devant récupérer l'adresse de chaque client pour répondre Modes de gestion des requêtes Itératif Concurrent (1 processus ou thread par client) TP CDI / Client serveur avec sockets : serveur itératif en mode non connecté Le client peut envoyer un appel au serveur à tout moment Mode léger permanent Traitement non ordonné des appels Absence de mémorisation entre appels successifs Exemples Calcul de fonction numérique DNS (service de noms) NFS (service de fichiers répartis) TP CDI / Client serveur avec sockets : programmation sockets (mode non connecté) en Java Deux classes de base DatagramSocket : un seul type de socket DatagramPacket : format de message pour UDP Utilisation Echanges simples (question/réponse) Messages brefs Streaming temps réel (performances) TP CDI / Client serveur avec sockets en Java (mode non connecté) Appel de procédure à distance (remote procedure call) = outil pour construire des applications client serveur dans un langage de haut niveau Appel et retour ont lieu sur un site, exécution sur un site distant TP CDI / TP CDI /

9 Avantages attendus Facilité de programmation (complexité des protocoles de communication cachée) Facilité de mise au point (mise au point d'application sur un site puis déploiement sur autres sites) Portabilité (résultant de l'usage de langage de haut niveau [indépendance par rapport au système de communication]) Principes de mise en œuvre Problèmes Transmission des paramètres Gestion des processus Réactions aux défaillances TP CDI / Les talons client et serveur sont créés à partir d'une description d'interface TP CDI / Exemple d'utilisation de RPC en langage C d'un service d'annuaire Les étapes : Préparer une description de l'interface (sur transparent suivant) : fichier annuaire.x Compiler ce fichier à l'aide du générateur de talons Description d'interface service d'annuaire Sur le site client, construire l'exécutable client (programme : annuaire_client.c) Sur le site serveur, construire l'exécutable serveur (programme : annuaire_serveur.c) Lancer l'exécutable serveur sur le site serveur server & Lancer l'exécutable client sur le site client client TP CDI / TP CDI / Interface = "contrat" entre client et serveur Définition commune abstraite Indépendante d'un langage particulier Indépendante de la représentation des types Indépendante de la machine Structure du programme serveur Ce programme ne contient que les fonctions à appeler. La procédure main est contenu dans le talon. Ce programme est à écrire par le développeur alors que le talon est engendré automatiquement. Contenu minimal Identification des procédures (nom, version) Définition des types des paramètres, résultats, exceptions Définition du mode de passage (in out, in-out) Extensions possibles Procédures de conversion pour types complexes Propriétés non-fonctionnelles (qualité de service), non standard TP CDI / TP CDI /

10 Structure du talon serveur Structure du programme client TP CDI / TP CDI / Structure du talon client Chaîne de production TP CDI / TP CDI / Détails de réalisation La réalisation de l'appel de procédure à distance soulève divers problèmes techniques que nous n'examinerons pas ici. Passage de paramètres Désignation Traitement des défaillances Serveur multi-threads Outils Une référence pour aller plus loin : Conclusion sur le RPC Avantages Abstraction (détails de communication cachés) Intégration dans un langage : facilite la portabilité et la mise au point Outils de génération facilitent la mise en oeuvre Limitations Structure application statique => pas de création dynamique de serveur, pas de possibilité de redéploiement entre sites Pas de passage de paramètres par référence Communication réduite à un schéma synchrone Persistance des données non assurée (réalisation par sauvegarde explicite des données dans les fichiers) Mécanismes plus évolués visant à remédier à ces limitations Objets répartis (ex : Java RMI) Composants répartis (ex : EJB, Corba CCM,.Net) TP CDI / TP CDI /

11 C/S : mise en œuvre Annexes utiles Algorithme d'un serveur en mode connecté C/S : mise en œuvre Annexes utiles Algorithme d'un client en mode connecté TP CDI / TP CDI / C/S : mise en œuvre Annexes utiles Gestion des processus en mode connecté C/S : mise en œuvre Annexes utiles Algorithme d'un serveur en mode non connecté TP CDI / TP CDI / C/S : mise en œuvre Annexes utiles Algorithme d'un client en mode non connecté C/S : mise en œuvre Annexes utiles Gestion des processus en mode non connecté TP CDI / TP CDI /

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